Разработка технологии полимеризационного наполнения ПКА дисперсными наполнителями

Федеральное агентство по образованию РФ

Министерство образования и науки РФ

 

технологический институт

Кафедра «Химическая технология»

Курсовая работа

по дисциплине

«Химия и технология полимерных композиционных материалов»

на тему

«Разработка технологии полимеризационного наполнения ПКА дисперсными наполнителями»

2007

Введение

В настоящее время рынок потребления высоконаполненных композиционных магнитотвёрдых материалов, к которым относятся так называемые магнитопласты, является одним из самых динамичных в промышленно развитых странах мира (рост 12,5% в год). Согласно результатам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ магнитопласты (МП) по своей энергоёмкости почти вплотную приблизились к металлокерамическим магнитам, а за счёт своей высокой технологичности стали более эффективными. Это обусловлено относительно простой технологией готовых изделий из магнитопластов в сравнении со спеченными материалами, что связано, прежде всего, с отсутствием в процессе изготовления таких дорогих и сложных операций, как спекание, длительная термическая обработка, шлифование с удалением значительного количества материала.

Отлитые под давлением заготовки из магнитопластов выпускаются с малыми допусками и, как правило, не нуждаются в доводочных операциях.

Магнитопласты используют в шаговых двигателях принтеров и факсимильных аппаратов, офисной электроники, аудио- и видеооборудовании, в особо компактных двигателях постоянного тока мощностью до 1 кВт.

В России промышленное производство высоконаполненных магнитотвердых материалов практически отсутствует, и в этой области страна значительно отстает от передовых промышленно развитых стран. Широкое масштабное освоение эффективной технологии магнитопластов в значительной степени сдерживается недостаточной разработанностью теоретической базы, определяющей закономерности формирования эксплуатационных и технологических свойств высоконаполненных магнитных композиционных материалов и отсутствием необходимого для реализации технологии оборудования и дешевой сырьевой базы.

В качестве связующего в магнитопластах могут быть использованы Различные реакто- и термопласты. Использование реактопластов в качестве связующих для МП оправдано только в тех случаях, когда другие полимеры не обеспечивают необходимые требования к технологии их изготовления и эксплуатации. Основной недостаток реактопластов – длительная стадия высокотемпературного отверждения. Поэтому в производстве МП наиболее широко используются полимеры, перерабатываемые высокопроизводительными методами: литьем под давлением, экструзией и прессованием.

Особый интерес представляет разработка технологии микрокапсулирования частиц наполнителя в полимерной матрице. Микрокапсулирование может быть выполнено различными способами, в частности методом осаждения полимера на поверхность наполнителя из раствора, методом полимеризационного и поликонденсационного наполнения, т.е. синтезом полимера непосредственно на поверхности наполнителя. Метод полимеризационного наполнения является наиболее перспективным по сравнению с традиционным (смешение) и методом поликонденсационного наполнения ПКМ, так как эти методы имеют ряд недостатков.

Поэтому целью дипломного проекта является разработка технологии полимеризационного наполнения ПКА дисперсными наполнителями.

1. Цель и задачи работы, объекты исследования

 

Цель: Разработка технологии полимеризационного наполнения ПКА дисперсными наполнителями.

Задачей является изучение влияния продолжительности синтеза на свойства полученного ПКА.

Сырьем для получения магнитопласта является:

·  ε - капролактам,

·  вода,

·  уксусная кислота,

·  фосфорная кислота

·  сплав Nd-Fe-B.

Выбор данных компонентов обусловлен доступностью и низкой стоимостью сырья, а также требованиями предъявляемыми к магнитопластам.

Капролактам

Капролактам - ГОСТ 7850-86

NH (CH₂)₅CO

Таблица 1

Свойства капролактама

Показатели свойств	Значения
Внешний вид	Кристаллы белого цвета
Молекулярная масса, г/моль	113
Температура плавления, °С	68-70
Температура кипения, °С	262
Плотность, кг/м3	1476

 

ε -капролактам хорошо растворим в воде (525 г в 100 г Н₂О), спирте, эфире, бензоле, плохо - в алифатических углеводородах.

 

Уксусная кислота

CH₃COOH

·  Температура плавления, °С 16,6

·  Температура кипения, °С / мм рт. ст. 118,1

·  Плотность при 20 °С, г/см³  1,0492

·  Константа диссоциации в водных растворах при 25 °С  1,76·10^-5

Уксусная кислота растворяется в воде.

Фосфорная кислота

Фосфорная кислота-Н₃РО₄

Таблица 2

Показатели свойств	Фосфорная кислота
Внешний вид	Бесцветные кристаллы
Молекулярная масса, г/моль	98
Температура плавления, 0С	42,35
Температура кипения, 0С	864
Плотность, кг/м3	1,87

 

Вода дистиллированная

Вода дистиллированная (H₂O) – ГОСТ 6709 – 72.

Сплав Nd-Fe-B

В качестве магнитного наполнителя используется сплав Nd-Fe-B производимый ГУП НТЦ «ВНИИНМ имени академика А.А. Бочвара» (г.Москва). Основные характеристики сплава Nd-Fe-B приведены в табл.2.

Таблица 2. Свойства магнитных наполнителей

Характеристика	Значение свойств
Плотность, кг/м3	7600
Остаточная магнитная индукция (Br), Тл	0,81
Коэрцитивная сила по намагниченности (Нсм), кА/м	1048
Коэрцитивная сила по индукции (Нсв), кА/м	504
Максимальное энергетическое произведение (ВН)max, кДж/м3	101
Размер частиц, мм	0,05-0,2

Готовым изделием являются кольцевые магниты с наружным диаметром 6 см, внутренним диаметром 5 см и высотой 5 мм.

Магнитопласт, получаемый на основе сплава Nd-Fe-B и полиамидного связующего имеет следующие основные характеристики:

Содержание полимера, %  15-20

Содержание НМС, %  не более 2

Остаточная магнитная индукция, Тл  не менее 0,3

Коэрцитивная сила, кА/м не менее 320-350

Прочность при межслоевом сдвиге, МПа не менее 5

2. Методы и методики эксперимента

 

Целью данной работы являлась оценка основных качественных характеристик полимеризационнонаполненного поликапроамида сплавом Nd-Fe-B.

В основу метода получения ПКМ заложен принцип синтеза поликапроамида путем полимеризации капролактама, осуществляемый в промышленном масштабе.